Ткаченко С. В. Закономірності фазових і структурних перетворень в сплавах на основі системи Ti-Si при гартуванні та відпуску

У дисертаційній роботі представлені результати експериментальних досліджень і аналізу впливу термічної обробки і легування на фазовий склад, структуру та механічні властивості сплавів на основі системи Ti-Si. Показано, що загартування сплавів системи Ti-Si-X (де X - Al, Zr, Nb, Mo) дозволяє одержати широкий спектр пересичених твердих розчинів з різним структурно-фазовим станом і фізико-механічними властивостями. Визначено вплив легуючих елементів на параметри решіток, кристалічну симетрію, а також морфологію й субструктуру титанових мартенситів. Виявлено сумісне протікання процесів впорядкування й зміни симетрії решітки із ГПУ в орторомбічну симетрію в сплавах Ti-4Si-4Hf і Ti-4Si-4Zr (ат. %). Запропонована кластерна модель впорядкування. Показано суттєве підвищення властивостей міцності при загартуванні сплавів Ti-Si-X, особливо сплавів, легованих Hf і Zr. Встановлено, що модуль пружності всіх сплавів після загартування знижується. Визначено, що характеристики пластичності загартованих сплавів Ti-Si-Х визначаються ступенем пересичення твердого розчину і розміром зерна, тому для збереження достатньої пластичності доцільне гартування із двофазної (?+силіцид)-області. Для визначення впливу швидкості охолодження й легування цирконієм на структурно-фазовий стан і механічні властивості сплавів Ti-Si проведено їх поверхневе загартування. Показано, що така обробка дозволяє отримати градієнтну структуру з механічними властивостями, що плавно змінюються від загартованої поверхні вглиб: твердістю, модулем пружності, зносостійкістю. Показано, що цирконій істотно підвищує загартовуваність і прогартовуваність сплавів системи Ti-Si. Проведено аналіз кореляції між твердістю, модулем пружності, величиною H3/E2 (критерієм Джонсона) і зносостійкістю сплаву Ti-4,3Si-2,6Zr, який показав, що найкраща кореляція спостерігається між зносостійкістю і величиною H3/E2. Досліджено еволюцію структури, фазового складу і механічних властивостей загартованих сплавів Ti-Si-X в процесі відпуску в інтервалі температур 500-600 °С. Визначено оптимальну температуру дисперсійного твердіння загартованих сплавів Ti-Si-X, яка становить 540 °С. Розрахована величина енергії активації розпаду пересичених твердих розчинів сплавів Ti-Si-X U=96-120 кДж/моль близька до енергії активації дифузії елементів заміщення в бінарних сплавах титану Ti-Nb, Ti-Mo, Ti-Zr, але набагато вища ніж в залізо-вуглецевих сплавах.